Termoķīmija
Termoķīmija ir pētījums par enerģiju un siltumu, kas saistīts ar ķīmiskām reakcijām un fizikālām pārvērtībām (fizikālām izmaiņām). Fizikālās pārvērtības notiek tad, kad vielas stāvoklis (piemēram, cieta viela vai šķidrums) mainās uz citu stāvokli. Pārvērtību piemēri ir kušana (kad cieta viela kļūst par šķidrumu) un vārīšanās (kad šķidrums kļūst par gāzi).
Reakcija atdod vai uzņem enerģiju. Arī fizikālā transformācija atdod vai uzņem enerģiju. Termoķīmija aplūko šīs enerģijas izmaiņas, jo īpaši sistēmas enerģijas apmaiņu ar apkārtējo vidi. Termoķīmija ir noderīga, lai prognozētu reaģējošo vielu un produktu daudzumus visos konkrētās reakcijas posmos. Termoķīmiķi to dara, izmantojot datus, tostarp entropijas noteikšanu. Termoķīmiķi var noteikt, vai reakcija ir spontāna vai nesontāna, labvēlīga vai nelabvēlīga.
Endotermiskās reakcijas uzņem siltumu. Eksotermiskās reakcijas atdod siltumu. Termoķīmija apvieno termodinamikas jēdzienus ar ideju par enerģiju ķīmisko saišu veidā. Tā ietver tādu lielumu aprēķinus kā siltuma ietilpība, sadegšanas siltums, veidošanās siltums, entalpija, entropija, brīvā enerģija un kalorijas.
Pasaulē pirmais ledus kalorimetrs, ko 1782.-1883. gada ziemā izmantoja Antuāns Lavazjē un Pjērs Simons Laplace. To izmantoja, lai noteiktu siltumu, kas izdalās dažādās ķīmiskās pārmaiņās. Šo aprēķinu pamatā bija Žozefa Blaka agrākais latentā siltuma atklājums. Šie eksperimenti aizsāka termoķīmiju.
Vēsture
Termoķīmija aizsākās ar divām idejām:
- Lavoisjē un Laplāsa likums (1780): Enerģijas maiņa jebkurā pārveidošanās procesā ir vienāda un pretēja enerģijas maiņai apgrieztā procesā.
- Hesa likums (1840): Hesa Hessa teorija: enerģijas izmaiņas jebkurai pārveidošanai ir vienādas neatkarīgi no tā, vai tā notiek vienā vai vairākos soļos.
Šie atklājumi tika izdarīti pirms pirmā termodinamikas likuma (1845). Tie palīdzēja zinātniekiem izprast šo likumu.
Edvards Diazs un Hess pētīja īpatnējo siltumu un latento siltumu. Džozefs Bleks izstrādāja latentās enerģijas izmaiņu koncepciju.
Gustavs Kirhofs 1858. gadā parādīja, ka reakcijas siltuma izmaiņas ir atkarīgas no produktu un reaģentu siltumspējas starpības: ∂ Δ H ∂ T = Δ C p {\displaystyle {{\partial \Delta H} \pāri \daļējai T}=\Delta C_{p}} 
. Integrējot šo vienādojumu, var novērtēt reakcijas siltumu vienā temperatūrā, pamatojoties uz mērījumiem citā temperatūrā.
Kalorimetrija
Siltuma izmaiņu mērījumus sauc par kalorimetriju. Ar to mēra ķīmisko reakciju vai fizikālo izmaiņu siltumu. Kalorimetrs, ierīce kalorimetrijai, parasti ir slēgta kamera.
Kalorimetrijai ir šādi posmi: Ķīmiķi veic izmaiņas kamerā. Kameras temperatūru mēra ar termometru vai termopāri. Temperatūru attēlo atkarībā no laika, lai iegūtu grafiku. Ķīmiķi izmanto grafiku, lai aprēķinātu pamatlielumus.
Mūsdienu kalorimetros ir nelieli datori, kas mēra temperatūru un ātri sniedz aprēķinātos datus. Viens no piemēriem ir diferenciālais skenēšanas kalorimetrs (DSC).
Sistēmas
Termoķīmijā ir ļoti noderīgas vairākas termodinamikas definīcijas. "Sistēma" ir konkrēta Visuma daļa, kas tiek pētīta. Viss, kas atrodas ārpus sistēmas, tiek uzskatīts par apkārtējo vidi. Sistēma var būt:
- izolēta sistēma - ja tā nevar apmainīties ar enerģiju vai vielu ar apkārtējo vidi, piemēram, izolēts bumbas kalorimetrs;
- slēgta sistēma - kad tā var apmainīties ar apkārtējo vidi ar enerģiju, bet ne ar matēriju, piemēram, tvaika radiators;
- atvērta sistēma - ja tā var apmainīties gan ar vielu, gan enerģiju ar apkārtējo vidi, piemēram, vāroša ūdens katlu.
Procesi
Sistēmā notiek "process", kad mainās viena vai vairākas tās īpašības (raksturlielumi). Process ir saistīts (saistīts) ar stāvokļa maiņu. Izotermisks (vienas un tās pašas temperatūras) process notiek, ja sistēmas temperatūra paliek nemainīga. Izobarisks (tāda paša spiediena) process notiek, ja sistēmas spiediens paliek nemainīgs. Adiabātisks (bez siltuma apmaiņas) process notiek tad, ja sistēmā nenotiek siltuma kustība.
Saistītās lapas
- Svarīgas publikācijas termoķīmijā
- Izodēmiskā reakcija
- Maksimālā darba princips
- Reakcijas kalorimetrs
- Thomsen-Berthelot princips
- Julius Thomsen
- Termodinamiskās datubāzes tīrām vielām
- Kalorimetrija
- Siltuma fizika
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir termoķīmija?
A: Termoķīmija ir pētījums par enerģiju un siltumu, kas saistīts ar ķīmiskām reakcijām un fizikālām pārvērtībām.
J: Kādi ir daži fizikālo pārvērtību piemēri?
A: Fizikālo pārvērtību piemēri ir kušana (kad cieta viela kļūst par šķidrumu) un vārīšanās (kad šķidrums kļūst par šķidrumu).
J: Kā termoķīmija palīdz paredzēt reaģentu un produktu daudzumus?
A: Termoķīmiķi izmanto datus, tostarp entropijas noteikšanu, lai prognozētu reaģentu un produktu daudzumus jebkurā konkrētās reakcijas laikā.
J: Vai endotermiskās reakcijas ir labvēlīgas vai nelabvēlīgas?
A: Endotermiskās reakcijas ir nelabvēlīgas.
J: Vai eksotermiskās reakcijas ir labvēlīgas vai nelabvēlīgas?
A: Eksotermiskās reakcijas ir labvēlīgas.
J: Kādus jēdzienus apvieno termoķīmija?
A: Termoķīmija apvieno termodinamikas jēdzienus ar ideju par enerģiju ķīmisko saišu veidā.
J: Kāda veida aprēķinus veic termoķīmiķi?
A: Termoķīmiķi veic tādus aprēķinus kā siltuma ietilpība, sadegšanas siltums, veidošanās siltums, entalpija, entropija, brīvā enerģija un kalorijas.
